物理學對培養文科類大學生科學素養的實踐與探索

[摘 要]物理學是整個自然學科的基礎，更是現代工業技術的源泉。隨著科技的發展和社會的進步，文理科相互滲透、學科相互交叉是現代高等教育發展的大勢所趨。要進一步加強對文科物理實驗的教學實踐摸索，通過對文科物理的學習可開闊文科學生觀察自然科學和技術科學的眼界，促進自然科學與人文科學的融合，提升文科學生的科學素養，培養文理兼通的復合型人才。

[關鍵詞]文科物理 科學素養

[中圖分類號] G642.3[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）06-0071-02

一、引言

物理學是整個自然學科的基礎，更是現代工業技術的源泉。大學物理課程是理工科各專業的一門重要的必修基礎課。隨著科技的發展和社會的進步，文理科相互滲透、學科相互交叉是現代高等教育發展的大勢所趨。社會對人才的素質提出了越來越高的要求。作為一所地方工科院校，必然要培養文科類大學生具備相應的自然科學素養。

二、物理學對培養大學生科學素養的獨特作用

以培養綜合型、有素質、有創新意識人才為目標的高等教育改革一直都在深入進行著，其中一個重要趨勢就是盡可能消除文理科的隔閡，在教學中體現技術、科學和人文社科類學科的融合，培養文理兼通的人才。大學物理實驗是學生系統學習科學實驗設計思想、方法和技術的入門基礎課程，是大學生受到系統實驗方法和實驗技能訓練的開端，是素質教育和創新能力培養的基礎，有利于人文教育與科學教育的融合以及復合型人才的培養，也有利于學科的綜合發展及形成交叉學科。

從提升學生科學素養的角度來看，大學物理及物理實驗課程具有其他學科不具備的兩個特殊作用。第一個特殊作用是擴充學生的知識面。因為物理學是自然學科的基礎，涵蓋力學、電磁學、熱力學、光學、原子物理學等，每一次工業革命，都極大地推動了生產力和社會的變革，現代高新技術，如核能發電、激光技術、納米技術，等等，都是以物理學的成果為基礎的。第二個特殊作用是探究方法的熏陶。在物理學發展歷程中，積累了很多科學的思維及研究方法，如類比法、歸納法、實驗法、反證法等，物理學的這些思維模式及研究方法已經滲透到經濟學、法學等眾多文科學科之中，對文科類大學生科學素養的提升及科學研究能力的積累起到了潛移默化的作用。由此可見，物理學是非常適合對文科大學生進行科學素養通識教育的學科。

三、我校開設文科物理實驗的做法和體會

湖北工業大學是一所以工學為主，覆蓋工、文、理、藝、經濟、管、法和教育等八大學科門類的多科性大學。學校創建于1952年，1984年由原湖北輕工業學院和原湖北農業機械專科學校合并組建而成，被省委省政府定位為“在湖北省高教體系中起龍頭示范作用的、水平較高的骨干大學”。2012年成為國家“中西部高校基礎能力建設工程”高校，肩負著為國家培養具有堅實的工科背景的各類建設人才的重任。

2012年秋季，我校提出了 “721”人才培養模式改革。“1”即拔尖創新人才的培養，通過學院、學校選拔，著力培養10%比例的優秀人才; “2”即一專多能、復合型人才的培養，學生在自主進行雙學位、輔修專業學習的同時，學校要有目的性地設計一些專業供學生選擇和學習，比如“統計+金融”、“電氣+機械”等，讓學生畢業時具備一專多能，成為多面手; “7”即創新創業和實踐動手能力的培養，將70%的學生培養成為具有扎實的工科背景的應用型人才。不管是哪一類人才培養，都離不開科學素質的提升和動手能力的提高。為此，我們于2012年春季開始，在文科類學生中開設了“物理與藝術”理論課及“大學物理實驗”課程。考慮到文科學生特點：物理理論知識相對薄弱，思維方式是靠直覺、靈感、頓悟。

2012年3月，我校第一次以公共選修課的形式開設“文科大學物理”課程。經過反復比較，我們選擇了高教出版社出版的倪光炯、王炎森先生編寫的《文科物理——物理思想與人文精神的融合》作為教材，適當加入一些專題講座素材。第一次講座適逢日本大地震一周年，我有意安排《核能及安全利用》作為講座內容，比較詳盡地講解了核能利用的基本原理、核能利用的高效性及安全性，并講解了幾例典型的核安全事故，吸引了近200名學生。在講授狹義相對論內容時，我首先告訴學生：相對論并不神秘，其實就是運動的相對性，只不過是在高速運動的領域。接著有意地用一、二、三、四點加以歸納（一就是談論高速領域運動的相對性這個中心，二就是愛因斯坦的兩個假設，三就是洛倫茲坐標、時間、速度三個變換公式，四就是相對論的四個效應），這樣學生記憶起來就非常方便。在32個學時的講座中，適時加入《納米技術》、《飛行器與航天技術》、《激光技術》等八個專題講座。并把課件及相關視頻資料放在校園網上共享，讓學生們下載學習。這些課程很受文科學生的歡迎。通過這些課程的學習，文科學生擴大了知識面，提高了思維能力。

物理學是整個自然科學和現代技術發展的基礎，它以實驗為基礎，而演示實驗是最直觀有效、形象生動的實驗教學形式。通過物理演示實驗，學生能更好地理解物理概念、掌握物理規律、培養實驗技巧、提高創新能力。物理的創新成果都源自于實驗。因此，物理演示實驗教學應成為培養學生綜合素質的重要環節。

2012年秋季，我們第一次開設了“文科物理實驗”課程，由于沒有相應的教學模式可以照搬，我們采取邊實踐、邊總結的辦法，以選修課的形式面向全校文科類學生開設。

我校大學物理實驗課程是校級重點課程，大學物理實驗室已經建設成為湖北省高校實驗示范中心，可開設29個基礎物理實驗、10個近代物理實驗、5個設計性實驗。

最初我們開設的是實驗原理相對簡單、實驗方法比較直觀、生活中會應用到又能體現物理思想和規律的典型實驗，例如液體表面張力實驗、多普勒效應測量聲速實驗等。當文科學生通過細鐵絲掛起一幕水簾時，欣喜地看到液體表面存在的張力;當他們從實驗中觀測到聲源與觀測者之間有相對運動時，測到的頻率會發生變化，馬上聯想到高速公路上測量超速的問題。原來，我們的身邊處處都有物理知識。

經過一年的教學實踐，我們又把一些經典的近代物理實驗加入進來，讓文科類學生感受物理學發展中的一些典型史料，進一步提高文科學生的科學素養，培養他們的物理精神和科學思想。例如密立根油滴實驗，雖然該實驗驗證的是電荷的不連續性，涉及量子物理理論的范疇，但是該實驗原理簡單易懂、操作方便。當學生們看到油滴的運動就好像夜幕中一顆顆亮閃閃的星星時，非常興奮。我們在課前向學生介紹：密立根油滴實驗被美國《物理學》雜志評為20世紀十大最美物理實驗第3名。做完實驗，不少學生感嘆：原來最美麗的實驗并非是原理最深奧、儀器最復雜的實驗，只要實驗設計思想巧妙且探究出了一般人不容易挖掘出來的物理規律，就是最美麗的實驗。再如邁克爾遜干涉儀實驗，這個實驗屬于示范性實驗，教師一邊進行實驗示范一邊講解這個實驗最初的目的。當了解到這個實驗是1883年，美國物理學家邁克爾遜和莫雷為尋找“以太”的漂移而設計的，前后花了38年時間，可是最后卻否定了“以太”的存在，從而奠定了狹義相對論的實驗基礎，學生們都不由發出感嘆。通過對物理學史、物理學方法論的滲透介紹，對文科學生進行實事求是、嚴謹創新的科學態度和熱愛科學、尊重科學的科學精神的教育，他們都認為通過該實驗的學習，能夠充分體會到物理實驗科學家的鉆研精神以及科學實驗的思想之美，充分認識到嚴謹的科學態度以及科學思維的重要性。

四、結束語

我校自2012年開設“物理與藝術”、“文科物理實驗”以來，受到了廣大文科生的歡迎，說明它們是富有生命力的課程。文科大學生人數眾多，在今后的教學實踐中，我們要進一步加強對文科物理實驗的教學實踐探索。通過對文科物理的學習可開闊文科學生觀察自然科學和技術科學的眼界，促進文科學生加強自然科學與人文科學的融合，提升文科學生的科學素養，培養文理兼通的復合型人才。此外，學生們在學習物理學知識中了解一些影響歷史進程、推動社會發展的物理學家的生平及趣事，促使他們把物理學與經濟學、金融、營銷、文學等學科聯系起來。把物理學與這些學科融合起來，有利于將實驗課程開展得更加合理、更具規范性，使實驗更具有自主性和探索性，進而培養文科學生的理性思維和實踐能力，促進文科學生全面發展、和諧發展、可持續發展。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 蔣逢春，艾寶勤.淺談開設文科物理課程的實踐及意義[J].教育與職業，2007（3）.

[2] 張淳民.大學物理[M].西安：西安交通大學出版社，2004.

[3] 倪光炯，王炎森，錢景華，等編著.改變世界的物理學[M].上海：復旦大學出版社，1999.

[責任編輯：覃侶冰]

[收稿時間]2014-12-29

[基金項目]地方高校文科大學生科學素質提升的探索與實踐;湖北省教育科學規劃領導小組2014年立項課題（課題編號：2014B066）。

[作者簡介]別業廣（1964-），男，湖北仙桃人，本科，副教授，從事大學物理理論教學及研究。